Как развивались системы активного шумоподавления и каковы их возможности

N+1Наука

Много шума для тишины

Как развивались системы активного шумоподавления и каковы их возможности

Николай Мартыненко

Гул авиадвигателя, городской шум за окном, утренний рев соседского перфоратора — в нашу жизнь регулярно вторгаются бессмысленные и беспощадные звуки, волны упругих механических колебаний. Любой звук для слышащего начинается с вибрации барабанной перепонки, которая передается по цепочке маленьких косточек в черепе и затем становятся сигналом, бегущим по слуховому нерву в головной мозг. Весь этот труд регулярно оказывается не только ненужным, но даже вредным: слово «шум» мы противопоставляем «сигналу», на шум жалуемся, от шума пытаемся сбежать или защититься.

Громкость любого звука зависит от амплитуды волн, которые добегают до нас по среде (будто то воздух, вода или даже твердое тело) до наших ушей, то есть от размаха колебаний частиц среды — чем больше «горбы» смещения, тем громче звук. Чтобы сделать любой звук тише, нужно уменьшить его амплитуду, пока он не добрался до наших барабанных перепонок. Обычно размах колебаний уменьшают, возводя всевозможные препятствия на пути распространения волны. Уличный шум ослабевает, если закрыть в комнате окно. От рева соседского перфоратора за стеной можно спастись при помощи берушей. Однако такой подход не всегда удобен и эффективен: в салоне самолета слышен гул двигателей, потому что стенок корпуса для защиты от этого шума недостаточно, в комнате с закрытым окном попросту становится душно, а в приспособлениях для ушей сложно сочетать хорошую звукоизоляцию с компактностью.

Схема регистрации звука угольным микрофоном — продольные колебания воздействуют на мембрану, заставляя ее сжиматься и разжиматься. Marc Rodriguez / giphy.com

Можно перейти от пассивной защиты к активному противодействию: уменьшить амплитуду, создав вторую волну, колебания которой происходят в противофазе — то есть «горбы» колебаний этих волн направлены противоположно. При наложении друг на друга эти колебания ослабят друг друга, амплитуда результирующей волны уменьшится, и звук станет тише — дополнительный шум буквально заглушит исходный.

Гипотетически так можно, например, заглушить шумный досуг компании с портативной колонкой при помощи точно такой же колонки, работающей «зеркально». На практике, конечно, сделать это проблематично из-за сложностей копирования звука и особенностей его распространения — эти обстоятельства затрудняют работу даже самых эффективных приборов.

Первый в истории патент на систему активного шумоподавления подал немец Пол Люг в январе 1933 года, за три дня до назначения Адольфа Гитлера рейхсканцлером. Автор предложил записывать нежелательный шум при помощи микрофона, передавать сигнал на громкоговоритель и воспроизводить в противофазе — звуковые волны наложатся и погасят друг друга, благодаря чему исходный шум исчезнет. Люг полагает, что изобретение можно использовать для борьбы с эхом в театрах и концертных залах, а также для подавления шума печатных машинок в конторах.

Схематическое описание системы активного шумоподавления Пола Люга в американском патенте (М — микрофоны, L — громкоговорители). Paul Lueg / United States Patent and Trademark Office, 1936

Вопреки воле изобретателя, патентное бюро классифицирует разработку Люга как военную, на нее вешают гриф «секретно» и передают на рассмотрение армейским структурам. Через год ведомство направляет автору ответ: изобретение лишено новизны, не представляет практического интереса для армии и потому патент на нее Люгу выдан не будет. Ученый пишет ответ со своими возражениями, однако в феврале получает второе письмо, которое касается уже практической демонстрации активного шумоподавления — теперь комиссия сочла это оригинальным приложением уже известного принципа интерференции и вновь отметила бесполезность метода в военной отрасли: в то время громкоговорители действительно были слишком слабыми и громоздкими, чтобы использоваться в армии. Однако история активного шумоподавления на этом не заканчивается.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Он и оно: как кофе управляет нашим организмом Он и оно: как кофе управляет нашим организмом

Все что вы хотели знать о кофе, включая «он» или «оно»

Популярная механика
Повредил машину из-за ремонта дороги: как получить компенсацию Повредил машину из-за ремонта дороги: как получить компенсацию

Повредил машину из-за ремонта дороги. Что делать?

РБК
Хроническую боль связали с работой ядерного транспортного белка Хроническую боль связали с работой ядерного транспортного белка

Над природой нейропатической боли врачи и ученые бьются уже долгое время

N+1
5 лучших фантастических сериалов 2020 года 5 лучших фантастических сериалов 2020 года

Подборка самых интересных сай-фай сериалов, которые вышли в последние месяцы

Популярная механика
Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие

Двадцать разных способов мастурбации на любой вкус и цвет

Cosmopolitan
Навстречу своим кошмарам Навстречу своим кошмарам

Каждый из нас видел страшный сон хоть раз в жизни

Psychologies
Как ездить с прицепом: правила, ограничения, штрафы Как ездить с прицепом: правила, ограничения, штрафы

Какие права и документы требуются для езды с прицепом?

РБК
Ультразвук надул многоэлектронные пузырьки в жидком гелии Ультразвук надул многоэлектронные пузырьки в жидком гелии

Физики предложили новый метод генерации многоэлектронных пузырей в жидком гелии

N+1
Ботаники Ботаники

Юрий Фоменко и Дмитрий Голубев — главные по ландшафтному дизайну в Петербурге

Собака.ru
Образцово-показательная бойня. Почему в Беларуси больше нет законной власти Образцово-показательная бойня. Почему в Беларуси больше нет законной власти

Последствия протестов в Белоруссии могут оказаться катастрофическими

Forbes
Лето, жара, инфекция Лето, жара, инфекция

Какие заболевания подстерегают нас летом и как себя обезопасить?

Лиза
«Слон» на трансзвуке «Слон» на трансзвуке

Грузовая авиация работала, спасая мировую экономику

Популярная механика
13 вещей о Маколее Калкине от него самого 13 вещей о Маколее Калкине от него самого

Маколей Калкин рассказал о том, где проходит разница между счастьем и весельем

Esquire
Пять скрытых возможностей ключа-зажигания, о которых не рассказывают в автошколе Пять скрытых возможностей ключа-зажигания, о которых не рассказывают в автошколе

Знаешь ли ты обо всех секретах, которые старательно ключ зажигания?

Maxim
«Наконец-то я седею!» и другие приятные возрастные изменения «Наконец-то я седею!» и другие приятные возрастные изменения

Может ли старение приносить удовольствие?

Psychologies
Вопрос психологу: что такое кризис среднего возраста и как его пережить? Вопрос психологу: что такое кризис среднего возраста и как его пережить?

Об эмоциональном состоянии, связанном с переоценкой жизненного опыта

Esquire
Елена Лебедева. Журавль в небе Елена Лебедева. Журавль в небе

Жизнь актрисы Елены Лебедевой полна трагичных моментов

Караван историй
Косточка на ноге: почему не помогли биркенштоки? Косточка на ноге: почему не помогли биркенштоки?

Проблема вальгусной деформации стопы встречается с завидным постоянством

РБК
Южная готика и новая этика Южная готика и новая этика

«Долина соблазна» — производственная драма из жизни стриптизерш

Weekend
«Самолётство»: рассказ Дмитрия Захарова о мире будущего, в которых путешествия становятся привилегией избранных «Самолётство»: рассказ Дмитрия Захарова о мире будущего, в которых путешествия становятся привилегией избранных

Рассказ Дмитрия Захарова «Самолетство»

Esquire
Ради всего святого, поймайте меня: маньяк, который хотел, чтобы его нашли Ради всего святого, поймайте меня: маньяк, который хотел, чтобы его нашли

Помадный маньяк умолял полицию отыскать и схватить его

Cosmopolitan
9 самых тупых поступков героев в фильмах-катастрофах 9 самых тупых поступков героев в фильмах-катастрофах

Тот случай, когда начинаешь симпатизировать торнадо или вулкану!

Maxim
Битва за «зумеров»: как Instagram хочет забрать аудиторию TikTok Битва за «зумеров»: как Instagram хочет забрать аудиторию TikTok

Получится ли у Instagram конкурировать с китайской платформой?

Forbes
Самая гадкая должность при дворе английских королей Самая гадкая должность при дворе английских королей

В чем заключались обязанности королевского Камергера стула?

Maxim
Cамые быстрые машины 2020 года — от Tesla Roadster до Devel Sixteen Cамые быстрые машины 2020 года — от Tesla Roadster до Devel Sixteen

Эти тачки способны на многое

Playboy
Принцип пирамиды Минто Принцип пирамиды Минто

Золотые правила мышления, делового письма и устных выступлений

kiozk originals
У каких стран на вооружении стоят русские и советские танки У каких стран на вооружении стоят русские и советские танки

Т-90 и Т-55 — самые главные путешественники!

Maxim
«Не хочу в офис»: почему и как с этим быть? «Не хочу в офис»: почему и как с этим быть?

Как вернуться обратно к офисной жизни?

Psychologies
Всенародный траур: 9 фотографий с похорон Дианы, Пресли и других знаменитостей Всенародный траур: 9 фотографий с похорон Дианы, Пресли и других знаменитостей

Особенные моменты с похорон всенародно любимых знаменитостей

Cosmopolitan
Кэтрин Лэнгфорд: «Меня много раз отвергали» Кэтрин Лэнгфорд: «Меня много раз отвергали»

Звезда сериала «13 причин почему» о сильных женщинах и любви к русской классике

Cosmopolitan
Открыть в приложении